固态相变

摘要： 目前,国内高校大多数《固态相变》课程的主要内容是讲授金属合金中的各类具体相变,不适用于非金属专业学生。文章试图通过更新课程内容、改进教育教学方法以及改变考核方式来探讨适用于非金属材料专业的教学内容和教育方式。

摘要： 课程是人才培养的核心要素,需要把知识传授同价值观教育、能力教育结合起来,坚持目标和过程统一、问题和对策统一、设计和实施统一,其核心是立德树人。以国家一流课程“固态相变原理”为例,以课程目标为导向、以课程思政为引擎、以学生学习为中心、以动态更新的教学内容及案例分析为依托、以过程考核为手段,构建“五位一体”课程教学设计。通过“五位一体”教学设计有效驱动了课内课外立体课堂,即课前的企业观摩认识、课内以学生为中心的教学创新改革、课后自主实验及实践,有效推动了课程教学改革。最后结合案例分析了一流课程的教学评价及改革成效。

摘要： 压卡制冷材料是一类由压力驱动材料发生固态相变而释放/吸收相变潜热的固体材料。压卡制冷技术是以压卡材料为工质、以压力作为驱动力构建的新兴固态制冷技术。本文从压卡效应基本热力学、压卡材料体系和压卡制冷样机三个方面简要论述该领域的发展现状。近年来压卡材料体系蓬勃发展,涉及金属、无机非金属、有机物、有机-无机杂化材料等。庞压卡效应的发现使有机塑晶材料备受关注,因其大熵变、低驱动压力、成本低廉等优点成为最有希望获得应用的一类材料。相比于此,制冷样机的研制则略显滞后。样机设计中需要解决的核心问题是力-热的有效耦合,选择高导热系数流体作为传热及传压介质,通过调整流体的压力和流速,同时优化压卡制冷工质的几何构型有望获得最佳力-热有效耦合条件。在单级制冷的基础上,采用主动回热式压卡制冷方式可实现连续制冷。

摘要： 针对冷轧态低碳铝镇静钢,基于连续升温过程中的物相转变行为解析,开展连续退火过程中两相区保温时间对其物相组织及抗应变时效性能的试验研究。结果表明,试验用低碳铝镇静钢在890°C高温保温5 s时,铁素体基体中仍残留有少量珠光体,渗碳体及氮化物析出不明显;延长保温时间至60 s后,铁素体晶粒粗化、珠光体基本消失,碳化物在晶内大量析出,同时析出部分纳米级AlN和Ti(C,N)颗粒。另外,随着保温时间从5 s延长至60 s,平均时效指数由64.1 MPa大幅降至31.5 MPa。本研究可为低碳铝镇静钢连续退火工艺优化提供参考。

摘要： S355钢作为低合金钢,在焊接过程中会伴随着固态相变现象.在考虑S355钢的固态相变效应基础上,建立了焊接过程的热弹塑性有限元模型.通过引入相变转变模型、相变塑性和相变体积模型,计算获得焊后组织分布云图,并分析了焊缝和热影响区典型节点的组织演变规律.结果表明,与不考虑固态相变效应相比,紧邻焊缝两侧的热影响区的Mises应力大幅降低,计算得到的残余应力值与实测值吻合较好.

摘要： 综述了热输入、合金元素、冷却速率和应变速率对高强钢焊接接头显微组织的影响和高温共聚焦显微镜原位观察高强钢显微组织的最新研究进展,总结了高强钢焊接接头粗晶热影响区显微组织的转变机理.结果表明:通过延长冷却时间、减少热输入量、控制合金元素的含量和采用预处理提高应变速率等方法,可以调控高强钢焊接接头显微组织中马氏体、粒状贝氏体和针状铁素体的含量达到最佳比例,从而优化高强钢焊接接头的力学性能.通过高温共聚焦显微镜可以观察到高强钢相变的动态过程,从而得出高强钢的相变原理,为高强钢焊接工艺的制定提供指导.

摘要： 建立了相变体积应变与混合相力学性能的固态相变模型,同时考虑随动硬化与相变塑性的影响,研究了各因素对1 Cr12钢焊缝冷却动态力学行为的影响规律.在此基础上,开展了焊接试验件纵向残余应力的验证试验,试验结果与模拟结果吻合良好.研究结果表明:马氏体相变的体积膨胀、力学性能变化以及塑性机制均对焊缝收缩的动态力学行为有一定的影响,且各因素共同作用下焊缝纵向应力由收缩拉伸状态转为受压状态.

摘要： 相变行为普遍存在于物质世界,是材料学和凝聚态物理领域关注的基本现象和重要课题.经典相变伴随着体系的对称破缺,可以由以序参量为基本热力学参量的朗道相变理论完美地描述.相变过程中,不同物态之间相互转化,伴随着丰富的临界现象.作为固态相变中的一类相变,马氏体相变不发生原子的长程扩散,只有原子的短程位移.温度、应力等外部自由度可以驱动马氏体相变的发生,并对外输出应变、电阻变化、潜热等物理效应.

摘要： 以Q960超高强钢为研究对象,基于有限元软件,建立热—冶金—力学有限元模型,模拟焊接温度场和残余应力分布.计算结果与接头截面熔池形貌和盲孔法测量的表面应力结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性.基于验证模型,讨论和分析了考虑固态相变对Q960超高强钢多道重熔过程中表面及内部应力的分布特征.结果表明:考虑固态相变时,Q960超高强钢单道焊后,焊接接头以拉伸残余应力为主,峰值应力位于热影响区.同时,固态相变效应能够显著降低焊缝中残余应力的大小,以及显著影响横向残余应力的分布.此外,随着焊道数的增加,焊缝中心的横向残余应力呈"阶梯"趋势上升,且在热影响区位置出现局部压应力峰值.

摘要： 大多数固态相变,由于新旧两相品格参数不同,存在晶格不匹配或体积不匹配,引起转变错配应变.固态相变错配应变的弹塑性调节效应,作为固态相变动力学过程的附属效应,在材料宏观性能方面有着重要的作用.固态相变动力学过程决定着材料微观结构演化,影响着转变错配应变的弹塑性调节;转变错配调节产生的应力/应变场以及应变能又严重影响着固态相变动力学过程.因而,实现转变错配弹塑性调节与固态相变动力学交互作用的精确描述,不仅意味着微观结构形成机制的精确洞察,还意味着材料新结构与新性能的开发,具有重要的意义.该解析模型成功用于纯铁γ-α相变-10K/min连续冷却实验中，得到了一个较高的界面移动性，并与Hillert的结果和α-α晶界移动性进行了比较，定量解释了体积错配应变能对相变动力学和γ/α亚稳平衡温度的重要影响。

摘要： 目的:研究铸造Co-Cr合金在烤瓷过程中发生的固态相变对其金瓷匹配性的影响.方法:失蜡法铸造尺寸为25mm×3mm×0.5mm的Co-Cr、Ni-Cr合金金属片各9件,其中6件用于测定金瓷结合强度,3件去瓷后进行XRD分析.强度测试采用三点弯曲法,单因素方差分析测试结果.铸造合金的棒状试样各1件,用于测定铸造合金的热膨胀系数,记录冷却曲线.结果:铸造Co-Cr合金的金瓷结合强度为40.9MPa,铸造Ni-Cr合金为49.1MPa,两种铸造合金的金瓷结合强度存在显著差异(P=0＜0.05).铸造Co-Cr合金与Ni-Cr合金20°C-500°C的平均热膨胀系数分别为13.9×10-6/°C、13.8×10-6/°C.XRD结果显示,铸造Co-Cr合金由fcc相、hcp相及少量σ相组成,而铸造Ni-Cr合金中主要为奥氏体相.结论:烤瓷冷却过程中,铸造Ni-Cr合金的线收缩速度随温度降低逐步降低,而铸造Co-Cr合金中的fcc相向hcp相的转变以及σ相的析出导致铸造合金线收缩速度出现突变,降低金瓷匹配性.因此,铸造Co-Cr合金的界面热应力很大,崩瓷、裂瓷率增大.

摘要： 基于SYSWELD软件,开发了热-冶金-力学耦合的计算方法,利用该方法模拟了P91钢平板对接接头的焊缝区和热影响区在冷却过程中因奥氏体-马氏体固态相变而产生的体积膨胀、屈服强度变化和相变塑性等三因素对焊接残余应力大小和分布的影响.数值模拟结果表明,相变引起的体积膨胀对焊接残余应力的形成过程和最终应力的大小与分布有显著的影响,它不仅可改变焊缝及HAZ的残余应力的大小,甚至可以改变应力的符号(即拉、压性质).相变引起的屈服强度变化对残余应力的形成过程及最终应力值大小和分布也有较大影响.在单道焊时,P91钢的过冷奥氏体的屈服强度似乎对焊接残余应力的形成有明显影响.相变塑性的影响相对较小,在相变过程中,它有"应力松弛"效应,对焊缝和HAZ的纵向和横向残余应力的最终值都有一定影响.

摘要： 基于SYSWELD软件,开发了热冶金力学耦合的计算方法,利用该方法模拟了P91钢平板对接接头的焊缝区和热影响区在冷却过程中因奥氏体一马氏体固态相变而产生的体积膨胀、屈服强度变化和相变塑性等三因素对焊接残余应力大小和分布的影响.数值模拟结果表明,相变引起的体积膨胀对焊接残余应力的形成过程和最终应力的大小与分布有显著的影响,它不仅可改变焊缝及HAZ的残余应力的大小,甚至可以改变应力的符号(即拉、压性质).相变引起的屈服强度变化对残余应力的形成过程及最终应力值大小和分布也有较大影响.在单道焊时,P91钢的过冷奥氏体的屈服强度似乎对焊接残余应力的形成有明显影响.相变塑性的影响相对较小,在相变过程中,它有“应力松弛”效应,对焊缝和HAZ的纵向和横向残余应力的最终值都有一定影响.

摘要： 固态相变已经从传统结构材料的增强增韧延伸到新型功能材料，引发出多种奇特的物理效应。固态相变已成为功能材料设计与功能特性实现的重要手段之一。本文重点介绍磁性形状记忆合金、高温形状记忆合金、超弹性钛合金和磁致冷材料等新型功能材料中的固态相变研究进展。磁性形状记忆合金兼有两种典型的固态相变，即热弹性马氏体相变和磁性转变。其马氏体相变可以由磁场控制，并呈现出丰富的物理效应。因此，磁性形状记忆合金一直是近期研究热点。基于磁场诱发相变，我们获得了显著的磁热和磁阻效应，并有望获得磁控形状记忆、磁诱发超弹性等功能特性，将磁性形状记忆合金发展为新型多功能材料。本文通过同时施加磁场和压力，发现可以更具灵活性地调控磁致冷材料的磁性、相变和磁热效应，并且显著提高了材料的制冷能力。以此为基础，有望发展出新的制冷循环工作原理。

摘要： Cu6Sn5的生成是电子封装软钎焊互连点界面冶金成形的核心问题之一.随着互连点尺寸越来越微小,界面Cu6Sn5占互连点的体积分数越来越大,对焊点可靠性的影响不容忽视,所以其物理性能的表征及对互连点可靠性的影响得到了广泛的研究.但是,由于缺乏对互连点界面Cu6Sn5成形及演化机制的深入认识,近年的研究结果存在诸多偏差,混淆对微小互连点可靠性的准确认识.本项目结果系统地阐明软钎焊界面Cu6Sn5的冶金成形机制及其演化规律,对单晶Cu6Sn5物理性能表征及微小互连点力学性能的研究提供原理性基础.

摘要： 焊接组织模拟一直以来就是国内外学者的研究热点,CA法(元胞自动机法)是焊接凝固组织模拟最最常用的一种方法.本文首先对CA法做了一个概论性的介绍,然后着重阐述了CA法在焊接晶粒长大和演化过程的模拟、固态相变过程的模拟和焊接缺陷形成模拟领域的应用现状,最后结合目前的应用现状总结出未来CA法在焊接组织模拟领域将向强对流模型、多元合金模型和多尺度模型方向发展.

摘要： 对J55微合金钢凝固相变包晶点和连续冷却过程CCT曲线进行了热力学计算分析,并利用高温共聚焦显微镜原位观察了试样凝固过程的晶粒度和组织.研究表明,J55钢属于微合金过包晶钢,凝固相变过程中δ相的比例达69.8％.J55钢CCT曲线随晶粒增大向右移动.基于原位观察的晶粒度对其CCT曲线进行热力学计算和相变组织的对比分析,结果表明,在相同冷却速率下两者所获得的组织基本一致.研究结果对探讨J55钢连铸和热装热送过程中表面横裂纹的影响因素具有指导意义.

摘要： 基于相场法研究Fe-Cu-Mn-Al四元合金中噪声项对富Cu析出相关于体积分数、数量密度、颗粒大小、生长和粗化动力学影响.模拟结果表明:随着噪声项的变化,促进富Cu相析出过程,加快其形成核壳结构及其结构转变.体积分数随时间变化曲线表明,噪声项增强会促进富Cu相析出,加速生长和粗化过程.通过对数量密度和平均颗粒尺寸进行分析,发现噪声项越强,成核速度和生长速度越快.为探究富Cu相析出强化机理提供有益信息.

摘要： 基于相场法研究Fe-Cu-Mn-Al四元合金中噪声项对富Cu析出相关于体积分数、数量密度、颗粒大小、生长和粗化动力学影响.模拟结果表明:随着噪声项的变化,促进富Cu相析出过程,加快其形成核壳结构及其结构转变.体积分数随时间变化曲线表明,噪声项增强会促进富Cu相析出,加速生长和粗化过程.通过对数量密度和平均颗粒尺寸进行分析,发现噪声项越强,成核速度和生长速度越快.为探究富Cu相析出强化机理提供有益信息.

摘要： 本发明涉及气体安全储运技术领域，公开了一种复合相变材料、固态水合物促进药剂及制备方法和提高固态水合物法储运气体能力的方法，该复合相变材料含有相变材料、多孔基体和固体分散剂，所述相变材料和固体分散剂负载在该多孔基体上。本发明中的复合相变材料不需要在制备水合物前预处理成油水乳液，而可以直接添加至水合物的生成体系中，不仅如此，该复合相变材料能够在水合物的生成应用中不仅可以提高固态水合物的生成速率，还可以提高储气量。

摘要： 本发明涉及气体安全储运技术领域，公开了一种复合相变材料、固态水合物促进药剂及制备方法和提高固态水合物法储运气体能力的方法，该复合相变材料含有相变材料、多孔基体和固体分散剂，所述相变材料和固体分散剂负载在该多孔基体上。本发明中的复合相变材料不需要在制备水合物前预处理成油水乳液，而可以直接添加至水合物的生成体系中，不仅如此，该复合相变材料能够在水合物的生成应用中不仅可以提高固态水合物的生成速率，还可以提高储气量。

摘要： 提出了用于固态电池(SSB)的相变电解质的各种布置。相变电解质隔膜层可以包括具有开放空间的非反应性支架。可以使用转变为锂凝胶的液态锂，该液态锂可以包括：聚合物添加剂、交联剂添加剂、锂盐的混合物；和溶剂。具有聚合物添加剂和交联剂添加剂的液态锂可以被填充到非反应性支架内的开放空间中。当液态锂在非反应性支架内的开放空间内时，在加热之后，液态锂可以在该非反应性支架内被转化为锂凝胶。

摘要： 本发明公开了一种基于固态相变压卡效应的制冷元件和固态制冷系统，属于制冷技术领域。该制冷元件包括圆柱形腔体，圆柱形腔体内部可以设置垂直型样品分隔架、多层圆环型样品分隔架或多层方型样品分隔架。样品分隔架可以将压卡材料有序的固定于腔体内部，当加压装置经输油口向圆柱形腔体中输入抗磨压油为整个腔体提供压力时，高压使得压卡材料发生相变释放出热量，由抗磨压油携带热量通向热端换热器；接着由高压电动注射泵经输油口为圆柱形腔体内卸压，压热材料卸压后发生相变吸收热量由抗磨压油携带冷量通向冷端换热器。反复对制冷元件内的压卡材料进行加压、卸压操作，从而实现连续的制冷过程。

摘要： 本发明具体是一种基于相场法的耦合弹性能的铁铜锰合金固态相变模拟方法，所述方法包括如下步骤：S1：收集热力学参数与动力学参数；S2：建立铁铜锰合金体系的总自由能计算方程；S3：建立铁铜锰合金体系的弹性应变能计算方程；S4：基于Cahn‑Hilliard方程和Allen‑Cahn方程，将总自由能与弹性应变能耦合，建立耦合弹性应变能的固态相变的连续相场模型；S5：利用耦合弹性应变能的固态相变的连续相场模型进行模拟计算。本发明基于与成分有关的Cahn‑Hilliard方程和与结构有关的Allen‑Cahn方程，并将弹性能耦合到热力学和动力学方程，考虑析出相与母相间晶格错配影响、弹性不均匀特性以及外应力场作用，有助于更加贴近实际的模拟多组元合金弹性应变的微观组织过程，为多元合金理论提供研究思路。

摘要： 本发明公开了一种基于玻璃晶体且主动可控的压卡材料固态相变储热和放热方法、装置及应用，属于固态相变储能技术领域。玻璃晶体相为高温塑晶相向有序晶体相转变过程中所形成的一种中间亚稳态，可通过对压卡材料的高温塑晶无序态进行快速冷却处理获得。快速冷却使材料的高温无序状态被过冷冻结，从而避免了通常在低温下发生的完全取向有序。对其施加微小压力，可实现由玻璃晶体相到有序晶体相的转变，从而实现热量的释放。该玻璃晶体相具有较好的热稳定性，藉此实现热能的长时储存、长距输送和可控释放。

摘要： 本发明提供了一种基于氧化钇稳定氧化锆固态相变新型复合钎料及其制备方法，解决了传统复合钎料在针对大尺寸陶瓷/金属构件的钎焊连接时无法满足焊缝区域较低宏观残余应力和较高断裂韧性的要求这一技术问题。本发明选用具有固态相变性质的氧化钇稳定氧化锆陶瓷颗粒作为金属基复合钎料的强化相，并以Ag‑Cu‑2Ti粉末作为复合钎料的金属基体，随后在制备得到的复合钎料表面添加多孔金属网，最终实现YSZ、Ag‑Cu‑2Ti和多孔金属网的复合。

摘要： 本发明属于金属材料制备技术领域，提供了金属材料液态深过冷和固态相变双联协控方法及装置。本发明提供的金属材料液态深过冷和固态相变双联协控装置包括加热系统(1)、冷却系统(2)和与所述加热系统连接的抽拉系统(3)；所述加热系统(1)包括样品容器(11)和热源(12)；所述样品容器(11)置于热源(12)内；所述加热系统(1)的样品容器(11)通过抽拉系统(3)进入或脱离所述冷却系统(2)。本发明提供的双联协控装置在加热系统进行深过冷后，通过抽拉系统直接将加热系统的样品容器拉入冷却系统进行冷却得到冷却样品；然后根据实际需要将冷却样品在加热系统和冷却系统中进行往复运动，实现固态相变的调控。本发明的装置可以实现深过冷和固态相变调控的一体操作，操作简单、操作难度小。

摘要： 本发明公开的基于热膨胀标定高瞬时性固态相变JMAK方程参数的方法，属于冶金学领域。本发明实现方法为：基于差分形式的JMAK方程和杠杆法，通过对热膨胀实验数据进行向前、向后差分，准确的判断出热膨胀实验中试样长度变化的拐点，通过建立杠杆求得奥氏体体积分数，通过获得的奥氏体体积分数以及相应的温度数据拟合、测算出JMAK方程中的参数n、C、ΔH，即基于热膨胀实验拟合、测算、标定出高瞬时性固态相变JMAK方程参数，提升高瞬时性固态相变JMAK方程对金属在高瞬时性加热过程中的奥氏体相变的预测精度。本发明能够预测材料在高瞬时性加热过程中的弹性模量、泊松比、抗拉强度，延长材料使用寿命。本发明具有测算、标定、预测精度高、效率高的优点。

摘要： 本实用新型公开了一种基于固态相变压卡效应的制冷元件和固态制冷系统，属于制冷技术领域。该制冷元件包括圆柱形腔体，圆柱形腔体内部可以设置垂直型样品分隔架、多层圆环型样品分隔架或多层方型样品分隔架。样品分隔架可以将压卡材料有序的固定于腔体内部，当加压装置经输油口向圆柱形腔体中输入抗磨压油为整个腔体提供压力时，高压使得压卡材料发生相变释放出热量，由抗磨压油携带热量通向热端换热器；接着由高压电动注射泵经输油口为圆柱形腔体内卸压，压热材料卸压后发生相变吸收热量由抗磨压油携带冷量通向冷端换热器。反复对制冷元件内的压卡材料进行加压、卸压操作，从而实现连续的制冷过程。